Шпоры / шпоры тау / 2006дистанционники / Lekcii / Lekcija №22

Синтез корректирующих цепей встречно-параллельного типа

При выборе места включения корректирующей цепи следует руководствоваться следующими правилами:

1. Охватывать следует те звенья, которые существенно отрицательно влияют на вид желаемой ЛАЧХ.

2. Наклон ЛАЧХ звеньев, не охваченных обратной связью, выбирают близким к наклону в диапазоне средних частот. Выполнение этого условия позволяет иметь простую корректирующую цепь.

3. Корректирующая обратная связь должна охватывать как можно больше звеньев с нелинейными характеристиками. В пределе необходимо стремиться к тому, чтобы среди звеньев, не охваченных обратной связью, не было элементов с нелинейными характеристиками. Такое включение обратной связи позволяет значительно уменьшить влияние нелинейности характеристик элементов, охваченных обратной связью, на работу системы.

4. Обратная связь должна охватывать звенья с большим передаточным коэффициентом. Только в этом случае действие обратной связи будет эффективным.

5. Сигнал на вход обратной связи должен сниматься с элемента, обладающего достаточной мощностью, чтобы включение обратной связи не нагружало его. Сигнал с выхода обратной связи должен, как правило, подаваться на вход элементов системы, имеющих большое входное сопротивление.

6. При выборе места включения обратной связи внутри контура с корректирующей обратной связью желательно, чтобы наклон ЛАЧХ в диапазоне частот составлял 0 или –20 дБ/дек. Выполнение этого условия позволяет иметь простую корректирующую цепь .

Часто производят охват усилительного тракта системы или охват силовой части системы. Корректирующие обратные связи применяются обычно в мощных системах.

Преимущества КООС:

1. Уменьшается зависимость показателей качества системы от изменений параметров элементов неизменяемой части системы, поскольку в существенном диапазоне частот передаточная функция участка системы, охваченного обратной связью, определяется обратной величиной передаточной функции встречно-параллельного корректирующего устройства. Поэтому требования к элементам исходной системы менее жесткие, чем при последовательной коррекции.

2. Нелинейные характеристики элементов, охваченных обратной связью, линеаризуются, так как передаточные свойства охваченного участка системы определяются параметрами контура в цепи обратной связи.

3. Питание встречно-параллельных корректирующих устройств даже в том случае, когда оно требует большой мощности, не вызывает затруднений, так как обратная связь обычно начинается от оконечных звеньев системы с мощным выходом.

4. Встречно-параллельные корректирующие устройства работают при меньшем уровне помех, чем последовательные, так как сигнал, поступающий на них, проходит через всю систему, являющуюся фильтром низких частот. Благодаря этому эффективность действия встречно-параллельных корректирующих устройств при наложении помех на сигнал ошибки снижается меньше, чем последовательных корректирующих устройств.

5. В отличие от последовательного корректирующего устройства обратная связь позволяет реализовать самую большую постоянную времени желаемой ЛАЧХ при сравнительно небольших значениях собственных постоянных времени.

Недостатки:

1. Встречно-параллельные КУ часто представляют собой дорогие или громоздкие элементы (например, тахогенераторы, дифференцирующие трансформаторы).

2. Суммирование сигнала обратной связи и сигнала ошибки следует реализовать так, чтобы обратная связь не шунтировала вход усилителя.

3. Контур, образованный корректирующей обратной связью, может оказаться неустойчивым. Сокращение запасов устойчивости во внутренних контурах ухудшает надежность функционирования системы в целом.

Методы определения :

1. Аналитические;

2. Графо-аналитические;

3. Модельно-экспериментальные.

После расчета встречно-параллельной корректирующей цепи следует проверить устойчивость внутреннего контура. Если разомкнуть главную обратную связь, а внутренний контур неустойчив, то элементы системы могут выйти из строя. Если внутренний контур неустойчив, то его устойчивость обеспечивается последовательной корректирующей цепью.

Приближенный метод построения ЛЧХ корректирующей отрицательной обратной связи

Пусть структурная схема проектируемой

системы приведена к виду, изображенному

на рис.1.

– корректирующая обратная связь;

– передаточная

функция исходной (нескорректированной)

системы.

Для такой структурной схемы передаточная функция скорректированной разомкнутой системы .

В диапазоне частот, где , уравнение запишется так

, т.е.

- условие выбора; (1)

- уравнение выбора (в диапазонах низких и высоких частот) (2)

В диапазоне частот, где ,

- условие выбора; (3)

получим ,

т. е. ,

откуда - уравнение выбора (в диапазоне средних частот). (4)

Тогда алгоритм построения следующий:

1. Строим .

2. Строим .

3. Строим и определяем диапазон частот, где эта характеристика больше нуля (условие выбора).

4. Исходя из конкретной технической реализации системы, определяется , т.е. места входа и выхода корректирующей обратной связи.

5. Строим .

6. В выделенном диапазоне частот строим логарифмическую частотную характеристику корректирующего звена , вычитая из по уравнению выбора.

7. В низкочастотной области, где , выбираем таким, чтобы выполнялось уравнение выбора (2): .

8. В высокочастотной области неравенство (2) обычно выполняется при наклоне асимптоты 0дБ/дек .

9. Наклон и длину сопрягающих асимптот выбирают, исходя из простоты схемной реализации корректирующего устройства.

10. По ЛАЧХ проектируем принципиальную схему корректирующего звена.

Пример. Пусть заданы и . Определены звенья, охватываемые обратной связью . Требуется построить . Построение выполнено на рис.2. Исходная система минимально-фазовая. После построения следует проверить рассчитываемый контур на устойчивость.

Точный метод построения ЛЧХ звена корректирующей обратной связи

Если требуется строго выдерживать заданные показатели качества, то нужно рассчитывать точные значения частотных характеристик корректирующей цепи.

;

W(p)

u

Исходная структурная схема нескорректированной САУ

Преобразованная структурная схема

ε

x

скорректированной САУ Эквивалентная структурная схема

; .

Можно заранее рассчитать частотные характеристики последовательной корректирующей цепи эквивалентной схемы известными методами.

Введем обозначения: , (1)

т

W_A1(p)

огда .

Это позволяет воспользоваться номограммами замыкания и найти и .

Допустим, что и известны. Пользуемся номограммой замыкания в обратном порядке:

, => , .

Тогда из выражения

ЛЧХ встречно-параллельной корректирующей цепи:

,.

Для выбора параметров корректирующей цепи необходимо ЛАЧХ представить в асимптотической форме.